一種面向染色工業(yè)過(guò)程的在線(xiàn)測(cè)色儀，包括儀器外殼、供電單元、由ＬＥＤｓ構(gòu)成的模擬Ｄ６５標(biāo)準(zhǔn)照明光源、用于采集被染色物的視頻圖像的攝像單元和用于控制照明和顏色測(cè)量與色彩計(jì)算的嵌入式系統(tǒng)，所述供電單元連接所述模擬Ｄ６５標(biāo)準(zhǔn)照明光源、攝像單元和嵌入式系統(tǒng)，所述的儀器外殼呈喇叭型，所述的模擬Ｄ６５標(biāo)準(zhǔn)照明光源固定在所述的儀器外殼內(nèi)與被測(cè)染色物的被測(cè)面的法線(xiàn)平行，所述的攝像單元固定在所述的儀器外殼上與被測(cè)染色物的被測(cè)面的法線(xiàn)方向成４５°角；所述攝像單元與所述嵌入式系統(tǒng)連接，所述嵌入式系統(tǒng)包括顏色轉(zhuǎn)換模塊和顏色測(cè)量模塊。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)能夠在線(xiàn)測(cè)量顏色、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、實(shí)用性強(qiáng)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及LED光源、光學(xué)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)以及機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在色度測(cè)量方 面的應(yīng)用，尤其是一種工業(yè)生產(chǎn)染色過(guò)程中在線(xiàn)色彩的測(cè)量。
技術(shù)介紹
色彩在工業(yè)上的用途相當(dāng)廣泛，除了油墨印刷、紙張染色之外，還有皮革、紡 織品、金屬烤漆等工業(yè)生產(chǎn)。既然各種基于色彩的商品希望以華麗的顏色吸引人們購(gòu) 買(mǎi)，為了保證標(biāo)準(zhǔn)樣品的色彩與正在生產(chǎn)的商品色彩的一致性，在色彩測(cè)量方面自然就 需要有一種科學(xué)的、在線(xiàn)的顏色測(cè)量方法。 顏色的測(cè)量方法主要有目視測(cè)色法、光電積分測(cè)色法和分光光度測(cè)色法三種方 法。在國(guó)外目視測(cè)色法已逐漸被淘汰，目前主要是采用儀器的物理測(cè)色方法，但是這種 儀器測(cè)量顏色的方法仍局限在離線(xiàn)的狀態(tài)下進(jìn)行顏色測(cè)量。 目前我國(guó)在油墨印刷、紙張染色、皮革、紡織品、金屬烤漆等工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中 普遍采用的是目視測(cè)色法，即通過(guò)操作人員的眼睛來(lái)區(qū)分染色物的色彩與標(biāo)準(zhǔn)樣品的色 彩的差別。這種目視測(cè)色法雖然測(cè)量方法簡(jiǎn)單，由于受到測(cè)色光和人對(duì)色彩的感知等方 面的差異，使得被測(cè)物的色彩測(cè)量精度不高。為了提高測(cè)色精度，人們開(kāi)發(fā)了一種比較 測(cè)色儀，即羅維朋比色計(jì)，它是一種目視顏色測(cè)量?jī)x器，利用減色法原理設(shè)計(jì)的目視色 度計(jì)。它利用一系列的濾色片對(duì)白光加以吸收，通過(guò)濾色片后的光色與待測(cè)顏色進(jìn)行比 較測(cè)量。這種測(cè)量方法不適合于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的在線(xiàn)色彩測(cè)量。 色彩的測(cè)量是被測(cè)物體受到光源照明后，經(jīng)過(guò)自身的反射而形成人眼的色覺(jué)。 物體表面的反射光度特性對(duì)照明光源的光譜功率分布進(jìn)行調(diào)制而產(chǎn)生的，因此物體表面 色的測(cè)量主要是測(cè)定物體色的光譜反射比。 光電積分法通過(guò)把探測(cè)器的光譜響應(yīng)匹配成CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者光譜三剌激值 曲線(xiàn)，從而對(duì)探測(cè)器所接收到的來(lái)自被測(cè)顏色的光譜能量進(jìn)行積分測(cè)量。該方法測(cè)量速 度很快，并具有適當(dāng)?shù)臏y(cè)量精度。光電積分型測(cè)色儀器已廣泛應(yīng)用于顏色工業(yè)生產(chǎn)和控 制過(guò)程中。 分光光度法通過(guò)測(cè)定物體的反射光譜功率分布，并由此計(jì)算出被測(cè)顏色在各種 標(biāo)準(zhǔn)照明體下的三剌激值。這是一種精密的顏色測(cè)量方法，由此制成的儀器即為光譜光 度計(jì)或分光光譜儀，成本較高。在紡織印染應(yīng)用自動(dòng)配色時(shí)，必須獲得顏色樣品的光譜 分布或其本身的光度特性，因此應(yīng)該采用分光光度法進(jìn)行顏色測(cè)量。 利用分光光度法進(jìn)行顏色測(cè)量的光譜光度計(jì)包括機(jī)械掃描和電子掃描兩大類(lèi)。 機(jī)械掃描式分光光度儀一般采用鹵鎢燈照明。光電倍增管接收從單色儀射出的各波長(zhǎng)輻 射能量，精度高，但速度慢。比較典型的有美國(guó)的Hardy Spectrophotometer及其發(fā)展型 DianoMatchScan等。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，高性能的圖像傳感器不斷開(kāi)發(fā)，出現(xiàn)了采 用閃光氖燈和自?huà)呙韫怆姸O管陣列為照明光源和探測(cè)器的電子掃描式光譜光度計(jì)，測(cè) 量速度很快。其代表是美國(guó)MacBeth的MS系列和CE(ColorEye)系列。因工業(yè)的需求，4近年來(lái)出現(xiàn)了基于半導(dǎo)體集成和光纖技術(shù)的最新產(chǎn)品，其代表是瑞土和美國(guó)的Datacolor SF系列光譜光度儀，它采用MC-90光電單元，將光柵和雙128像元列陣傳感器集成在一 起，配合光纖使用.使其光譜測(cè)量通道由通常的40個(gè)增加到128個(gè)，顯著提高了波長(zhǎng)分辨 率，并具有很高的測(cè)色精度。 以下我們將上述幾種顏色測(cè)量?jī)x器特性整理如下1)色度計(jì)用于量測(cè)光剌激 的CIE三剌激值的儀器；2)分光計(jì)用于測(cè)量以波長(zhǎng)為函數(shù)的特定光學(xué)性能的儀器；3) 光譜光度計(jì)用于測(cè)量光譜反射率或穿透率的光度計(jì)；4)光譜輻射計(jì)用于測(cè)量光譜輻 亮度或輻輻照度的輻射計(jì)。面向工業(yè)生產(chǎn)染色過(guò)程中在線(xiàn)色彩的測(cè)量屬于色度計(jì)的范疇。 實(shí)現(xiàn)面向工業(yè)生產(chǎn)染色過(guò)程中在線(xiàn)色彩的測(cè)量需要解決幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)l)超長(zhǎng) 壽命、性?xún)r(jià)比高的標(biāo)準(zhǔn)照明光源；2)性?xún)r(jià)比高的攝像設(shè)備；3)進(jìn)行顏色測(cè)量和配色計(jì)算 的嵌入式系統(tǒng)軟硬件。 LEDs其發(fā)光效率高、環(huán)保、易驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)使其已成為新一代固態(tài)照明系統(tǒng)最有潛力的光源之一，采用白光LEDs為原始光源，以D65標(biāo)準(zhǔn)光為目標(biāo)，設(shè)計(jì)與其相對(duì)應(yīng)的濾光片并鍍膜，為顏色測(cè)量提供一個(gè)更真實(shí)、更值得信賴(lài)的標(biāo)準(zhǔn)照明光源。 目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的CCD和CMOS攝像頭平均壽命已經(jīng)達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)以上，而且CMOS的攝像頭的價(jià)格非常低廉、能耗極低，完全滿(mǎn)足在線(xiàn)色彩的測(cè)量所需性?xún)r(jià)比高的攝像設(shè)備要求。 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)在近年來(lái)得到了飛速的發(fā)展，由于其可靠性高、體積小、能耗 低、功能強(qiáng)，特別適用于計(jì)算機(jī)在線(xiàn)測(cè)量與控制領(lǐng)域。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服已有的顏色測(cè)量裝置難以在線(xiàn)測(cè)量顏色、裝置價(jià)格昂貴、使用壽命短 等不足，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種能夠在線(xiàn)測(cè)量顏色、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、實(shí)用性強(qiáng)的面向 染色工業(yè)過(guò)程的在線(xiàn)測(cè)色儀。 本專(zhuān)利技術(shù)為了解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為 —種面向染色工業(yè)過(guò)程的在線(xiàn)測(cè)色儀，包括儀器外殼、供電單元、由LEDs構(gòu)成 的模擬D65標(biāo)準(zhǔn)照明光源、用于采集被染色物的視頻圖像的攝像單元和用于控制照明和 顏色測(cè)量與色彩計(jì)算的嵌入式系統(tǒng)，所述供電單元連接所述模擬D65標(biāo)準(zhǔn)照明光源、攝 像單元和嵌入式系統(tǒng)，所述的儀器外殼呈喇叭型，所述的模擬D65標(biāo)準(zhǔn)照明光源固定在 所述的儀器外殼內(nèi)與被測(cè)染色物的被測(cè)面的法線(xiàn)平行，所述的攝像單元固定在所述的儀 器外殼上與被測(cè)染色物的被測(cè)面的法線(xiàn)方向成45。角；所述攝像單元與所述嵌入式系統(tǒng) 連接，所述嵌入式系統(tǒng)包括顏色轉(zhuǎn)換模塊，首先從攝像單元中讀取視頻數(shù)據(jù)并將該數(shù) 據(jù)保存在內(nèi)存單元內(nèi)，接著對(duì)該存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分別求在整個(gè)成像平面上所有像素的R、 G、 B 平均值，然后利用公式(2)將RGB顏色轉(zhuǎn)換成CIE的三剌激值X、 Y、 Z并暫時(shí)保存這些 數(shù)據(jù)，「2.7,1.7517L1302——i —(2)^ l扁04.5907謹(jǐn)01Gz—0,00000,05655.5943—5 式中，RGB分別是攝像單元讀入的物品各顏色分量值，XYZ分別為轉(zhuǎn)換成CIE XYZ顏色空間的三剌激值；接著用公式(3)將CIE的三剌激值X、 Y、 Z轉(zhuǎn)換成CIE1931 xyY顏色空間的數(shù)據(jù)x、 y并暫時(shí)保存這些數(shù)據(jù)， 義、■' + " 71"義=— 式中，xy分別為CIE 1931 xyY顏色空間的分量值； 顏色測(cè)量模塊，用于從內(nèi)存中讀取X。、 Y。、 Z。和X、 Y、 Z數(shù)據(jù)并利用公式(4)計(jì)算CIE1976LAB色彩空間的a'、 b'、 L'的各分量值， a* = 500 b* = 200 (4) L* = 116(Y/Y。)1/3-16 式中，X、 Y、 Z為被測(cè)物品的顏色三剌激值，X。、 Y。、 Z。為CIE標(biāo)準(zhǔn)光照射在完全漫射體上，再經(jīng)完全反射漫射體反射到人眼中的白色物體的三剌激值，a'、 b'、 L'為被測(cè)物品在CIE1976i;a'b'色度空間的分量值；然后再?gòu)膬?nèi)存中讀取標(biāo)準(zhǔn)樣品的a'sample、b:ampk、 L'sampk的各分量值，根據(jù)上述數(shù)據(jù)以及公式(5)計(jì)算被測(cè)物品與標(biāo)準(zhǔn)樣品之間的色差，得至IJ Aa'、 Ab'、 AL'、 AE等計(jì)算結(jié)果， A a* = a*sample-a* Ab* = b*sample-b* (5) AL* = L*sample-i; A E = 1/2式中，a'、 b'、 L'為被測(cè)物品在CIE1976i;aV色度空間的分i b'sample、 L乙一為標(biāo)準(zhǔn)樣品在C正1976i;aV色度空間的分本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種面向染色工業(yè)過(guò)程的在線(xiàn)測(cè)色儀，其特征在于：所述在線(xiàn)測(cè)色儀包括儀器外殼、供電單元、由ＬＥＤｓ構(gòu)成的模擬Ｄ６５標(biāo)準(zhǔn)照明光源、用于采集被染色物的視頻圖像的攝像單元和用于控制照明和顏色測(cè)量與色彩計(jì)算的嵌入式系統(tǒng)，所述供電單元連接所述模擬Ｄ６５標(biāo)準(zhǔn)照明光源、攝像單元和嵌入式系統(tǒng)，所述的儀器外殼呈喇叭型，所述的模擬Ｄ６５標(biāo)準(zhǔn)照明光源固定在所述的儀器外殼內(nèi)與被測(cè)染色物的被測(cè)面的法線(xiàn)平行，所述的攝像單元固定在所述的儀器外殼上與被測(cè)染色物的被測(cè)面的法線(xiàn)方向成４５°角；所述攝像單元與所述嵌入＊］ｂ↑［＊］色度空間的分量值，ａ↑［＊］↓［ｓａｍｐｌｅ］、ｂ↑［＊］↓［ｓａｍｐｌｅ］、Ｌ↑［＊］↓［ｓａｍｐｌｅ］為標(biāo)準(zhǔn)樣品在ＣＩＥ１９７６Ｌ↑［＊］ａ↑［＊］ｂ↑［＊］色度空間的分量值，Δａ↑［＊］、Δｂ↑［＊］、ΔＬ↑［＊］為被測(cè)物品與標(biāo)準(zhǔn)樣品在ＣＩＥ１９７６Ｌ↑［＊］ａ↑［＊］ｂ↑［＊］色度空間的分量值的差，ΔＥ為被測(cè)物品與標(biāo)準(zhǔn)樣品之間的色差；判定ΔＥ是否大于預(yù)設(shè)閾值，如果ΔＥ小于該預(yù)設(shè)閾值，則判定正常；如果ΔＥ大于該預(yù)設(shè)閾值，則發(fā)出告警指令。式系統(tǒng)連接，所述嵌入式系統(tǒng)包括： 顏色轉(zhuǎn)換模塊，首先從攝像單元中讀取視頻數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存單元內(nèi)，接著對(duì)該存儲(chǔ)數(shù)據(jù)分別求在整個(gè)成像平面上所有像素的Ｒ、Ｇ、Ｂ平均值，然后利用公式（２）將ＲＧＢ顏色轉(zhuǎn)換成ＣＩＥ的三刺激值Ｘ、Ｙ、Ｚ并暫時(shí)保存這些數(shù)據(jù)， ＊＊＊ （２） 式中，ＲＧＢ分別是攝像單元讀入的物品各顏色分量值，ＸＹＺ分別為轉(zhuǎn)換成ＣＩＥＸＹＺ顏色空間的三刺激值；接著用公式（３）將ＣＩＥ的三刺激值Ｘ、Ｙ、Ｚ轉(zhuǎn)換成ＣＩＥ １９３１ｘｙＹ顏色空間的數(shù)據(jù)ｘ、ｙ并暫時(shí)保存這些數(shù)據(jù)， ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ） （３） ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ） 式中，ｘｙ分別為ＣＩＥ １９３１ｘｙＹ顏色空間的分量值； 顏色測(cè)量模塊，用于從內(nèi)存中讀取Ｘ↓［０］、Ｙ↓［０］、Ｚ↓［０］和Ｘ、Ｙ、Ｚ數(shù)據(jù)并利用公式（４）計(jì)算ＣＩＥ１９７６ＬＡＢ色彩空間的ａ↑［＊］、ｂ↑［＊］、Ｌ↑［＊］的各分量值， ａ↑［＊］＝５００［（Ｘ／Ｘ↓［０］）↑［１／３］－（Ｙ／Ｙ↓［０］）↑［１／３］］ ｂ↑［＊］＝２００［（Ｙ／Ｙ↓［０］）↑［１／３］－（Ｚ／Ｚ↓［０］）↑［１／３］］ （４） Ｌ↑［＊］＝１１６（Ｙ／Ｙ↓［０］）↑［１／３］－１６ 式中，Ｘ、Ｙ、Ｚ為被測(cè)物品的顏色三刺激值，Ｘ↓［０］、Ｙ↓［０］、Ｚ↓［...
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：湯一平，湯曉燕，俞立，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：浙江工業(yè)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：86[]
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